AT142517B

AT142517B - Einrichtung und Verfahren zum Messen von mechanischen Kräften oder Momenten durch Bestimmung der in einem den zu messenden Kräften oder Momenten unterworfenen Körper auftretenden Änderungen seiner magnetischen Durchlässigkeit.

Info

Publication number: AT142517B
Authority: AT
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1932-06-27
Filing date: 1933-06-26
Publication date: 1935-08-10

Description

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Um mechanische Kräfte oder Momente, insbesondere solche, die in Teilen von Bauwerken oder
Maschinen auftreten, zu messen, ist bereits vorgeschlagen worden, die bekannte Erscheinung zu benutzen, dass die magnetische Durchlässigkeit eines mit Hilfe einer Spule magnetisierten Eisenkörpers sich ändert, wenn er äusseren Kräften unterworfen wird.

Die Erfindung betrifft in erster Linie eine besonders zweckmässige Einrichtung zur praktischen Lösung dieser Aufgabe und besteht darin, dass der Körper, dessen magnetische Durchlässigkeit gemessen wird, einen durchweg aus magnetisch gut leitendem Werkstoff bestehenden geschlossenen magnetischen Kreis bildet, wobei einzelne Teile des magnetischen Kreises den zu messenden Kräften nicht unterworfen sind und der magnetische Leitwert der den zu messenden Kräften oder Momenten nicht unterworfenen Teile des magnetischen Kreises gross ist im Vergleich zu dem magnetischen Leitwert des den Kräften oder Momenten unterworfenen Teiles.

Hiedurch wird ausserdem der störende Einfluss äusserer Magnetfelder vermieden, der besonders stark in die Erscheinung treten und die Genauigkeit der Messung herabsetzen würde, wenn der den zu messenden Kräften oder Momenten unterworfene Körper aus einer für diesen Zweck im übrigen besonders günstigen Nickel-Eisen-Legierung besteht, deren magnetische Leitfähigkeit verhältnismässig gross ist. Die nachteiligen Wirkungen dieser Erscheinungen werden eben dadurch wesentlich herabgesetzt, dass man einen durchweg aus magnetisch gut leitendem Werkstoff bestehenden geschlossenen magnetischen Kreis bildet.

Wenn die Aufgabe vorliegt, die z. B. in einem Teil einer Maschine auftretenden Kräfte oder Momente zu messen, ohne an der Maschine durch den Einbau einer besonderen Messkapsel bauliche Änderungen vornehmen zu müssen, ist es in manchen Fällen aus baulichen Gründen vorteilhaft, den betreffenden Maschinenteil, sofern er aus einem ferromagnetischen Werkstoff, z. B. Stahl, besteht, unmittelbar als Messkörper zu benutzen. Diese Verwendung von Maschinenteilen selbst als Messkörper ist bei Masseinrichtungen ohne geschlossenen magnetischen Kreis aus durchweg magnetisch gut leitendem Werkstoff bereits bekannt.

Der für Maschinenteile verwendete Stahl ist aber insofern für die vorliegenden Messungen nicht besonders gut geeignet, als einer Belastungsänderung innerhalb der Elastizitätsgrenze eine Änderung der Permeabilität um nur wenige Prozente ihres ursprünglichen Wertes entspricht. Sehr viel grössere Wirkungen erhält man dagegen, wenn man den Messkörper aus einem für magneto-elastische Messungen besonders geeigneten Werkstoff herstellt. Erfindungsgemäss sind diejenigen ferromagnetischen Werkstoffe für diesen Zweck besonders geeignet, bei deren Einkristallen die Magnetostriktion in der Richtung der kristallographisehen Achsen gleiches Vorzeichen hat und die weiterhin geringe innere Spannungen aufweisen. Hieher gehören besonders die Eisen-Nickel-Legierungen mit 40-80% Nickel.

Meist wird es vorteilhaft sein, den magnetischen Kreis nach Art eines Manteltransformators aus einem Kern, der die Messwicklung trägt, und einem den Eisenschluss bildenden Mantel aufzubauen.

Bei der bei den obenerwähnten Einrichtungen ohne geschlossenen magnetischen Kreis aus durch- weg magnetisch gut leitendem Werkstoff bereits bekannten Magnetisierung durch Wechselströme treten in dem Messkörper Wirbelströme auf, die besonders bei Wechselstrom von höherer Frequenz infolge

der dadurch bedingten Feldverdrängung eine wesentliche Herabsetzung der Leistung bewirken. Diese störenden Einflüsse der Wirbelströme können durch Unterteilung des Messkörpers beseitigt werden. Die übliche Art der Zusammensetzung von durch Wechselstrom magnetisierten Eisenkernen aus dünnen Blechen bringt aber für den vorliegenden Zweck eine störende Verringerung der mechanischen Festigkeit mit sich.

Eine zur Vermeidung dieser Nachteile besonders geeignete Ausführungsform einer Messkapsel enthält einen Messkörper, der erfindungsgemäss aus einem oder mehreren in der Richtung der mechanischen Belastung durch die zu messenden Kräfte sich erstreckenden dünnwandigen Teilen besteht, die soweit als nötig voneinander elektrisch isoliert sind. Um auch bei Druckkräften eine ausreichende Festigkeit zu erhalten, ist es zweckmässig, als Messkörper einen oder mehrere Hohlzylinder zu verwenden, die in axialer Richtung belastet werden. Die Wandstärke der Hohlzylinder wird je nach der Frequenz des verwendeten Wechselstromes derart gewählt, dass das Auftreten von Wirbelströmen hintangehalten wird.

Diese Ausführungsform hat den Vorzug, dass die Knickfestigkeit des Messkörpers auch bei Verwendung dünnwandiger Rohre verhältnismässig hoch ist. Wenn aber bei sehr grossen Kräften die Festigkeit des eigentlichen Messkörpers nicht ausreicht, kann sie dadurch erhöht werden, dass man im Innern der Hohlzylinder noch ein Vollstüek, z. B. einen Vollzylinder, anbringt, der einen Teil der zu messenden Kräfte aufnimmt.

Wenn die den Messkörper bildenden in der Richtung der zu messenden Kräfte sich erstreckenden dünnwandigen Teile in Form von Blechen aufeinander geschichtet werden sollen, werden die Bleche
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als es nötig ist, um ein Ausbiegen der einzelnen Bleche unter dem Einfluss von Druckkräften zu verhindern.

Wenn nötig, können auch hier den den Messkörper bildenden Blechen ein oder mehrere Vollstücke beigefügt werden, die einen Teil der zu messenden Kräfte aufnehmen, wobei auch die zum Zusammenhalten dienenden Klemmbacken selbst zur Entlastung dienen können.

Da die verschiedenen ferromagnetischen Werkstoffe im allgemeinen bei Zugkräften nicht das gleiche Verhalten zeigen wie bei Druckkräften, können Schwierigkeiten auftreten, wenn eine Messkapsel der beschriebenen Art Kräften wechselnder Richtung unterworfen wird. Um diese zu vermeiden, kann der Messkörper einer dauernd wirkenden gleichbleibenden Zug- oder Druckvorspannung ausgesetzt werden. Diese Massnahme hat bei unter Zugvorspannung stehenden Körpern noch den weiteren Vorteil einer gewissen durch die Vorspannung bewirkten mechanischen Versteifung.

Um bei Messkapseln für die Messung von Zugkräften Messkörper aus solchen Stoffen verwenden zu können, die besonders für Druckbeanspruchung geeignet sind, kann man ferner die zur Übertragung der zu messenden Kräfte auf den Messkörper dienenden Druckstücke mit Mitteln zur Übertragung von in entgegengesetzter Richtung wirkenden Zugkräften versehen. In entsprechender Weise kann verfahren werden, wenn für die Messung von Druckkräften Messkörper aus solchen Stoffen verwendet werden sollen, die besonders für Zugbeanspruchung geeignet sind.

In manchen Fällen kann es zweckmässig sein, den Eisenkörper so aufzubauen, dass der den zu messenden Kräften unterworfene Messkörper durch einen Teil der Ringfläehe einer oder mehrerer dünner ringförmiger Blechseheiben gebildet wird, die senkrecht zur Fläche durch die zu messenden Kräfte belastet werden. Wenn der Querschnitt eines einzelnen Bleches nicht ausreicht oder, z. B. bei hoher Frequenz des Wechselstromes, noch weiter unterteilt werden muss, kann man als Messkörper auch mehrere aufeinandergesehiehtete voneinander isolierte ringförmige Bleche verwenden, jedoch muss ein Isoleirstoff gewählt werden, dessen Festigkeit für die zu messenden Kräfte ausreicht.

Zur Messung der magnetischen Durchlässigkeit des Messkörpers wird vorzugsweise ein Verfahren verwendet, darin bestehend, dass die zur Magnetisierung des Messkörpers dienende Erregerwicklung von Wechselstrom durchflossen wird. Dabei hat sich nun gezeigt, dass es vorteilhaft ist, eine über das bisher übliche Mass hinausgehende Erhöhung der Magnetisierung anzuwenden.

Fig. 1 der Zeichnung stellt die Änderung der Induktivität L eines mit verschiedenen Erregerstromstärken J, J2, J3 magnetisierten Messkörpers unter dem Einfluss veränderlicher mechanischer Kräfte P von 0 bis Pm dar. Man erkennt daraus, dass in allen Fällen mit zunehmender Belastung des Messkörpers die Induktivität abnimmt. Bei der Stromstärke J1, die etwa der bisher üblichen Höhe der Magnetisierung entspricht, erhält man bei zu-und abnehmender Belastung wegen Hystereseerscheinungen verschieden verlaufende Kurven. Diese Erscheinungen verschwinden jedoch praktisch vollkommen, wenn man erfindungsgemäss die Erregerstromstärke über die durch die Koerzitivkraft des Werkstoffes gegebene Grenze steigert.

Bei höheren, über der Grenze der Koerzitivkraft liegenden Stromstärken J2 und J3 erhält man eindeutige Messergebnisse, unabhängig davon, ob bei ansteigenden oder abnehmenden Kräften gemessen wird.

In Fig. 2 ist durch die mit P = 0 und P = Pm bezeichneten Kurven dargestellt, wie die Induktivität L sich mit Zunahme der Erregerstromstärke J bei unbelastetem und bei mit der Kraft Pm belastetem
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und P = Pm auf, so erhält man die mit A L bezeichnete Kurve, die einen Höchstwert bei einem Werte der Erregerstromstärke zwischen Jk und J2 aufweist.

In Fig. 3 ist der A L entsprechende Unterschied des induktiven Widerstandes A R = M. A L abhängig von J aufgetragen, der natürlich an der gleichen Stelle einen Höchstwert erreicht. Nun ent- spricht die für die Messung, z. B. in einer Kompensationsschaltung, zur Verfügung stehende lessspannung dem Produkt J. A R, das ebenfalls in Fig. 3 aufgetragen ist. Der Höchstwert der Messspannung liegt etwa bei der Stromstärke J3. Die Kurve J2. A R stellt ein Mass für die entsprechende Leistung dar, deren Höchstwert noch wesentlich weiter im Sinne einer stärkeren Magnetisierung verschoben ist.

Aus diesen Darstellungen ergibt sich, dass eine Steigerung der Erregerstromstärke über den Wert Jk hinaus den weiteren Vorteil bietet, dass die für die Messung zur Verfügung stehende Spannung J. A R weiter anwächst. Unter Umständen kann es sogar vorteilhaft sein, die Erregerstromstärke, noch über die dem Höchstwert von J. A R entsprechende Stromstärke J3 hinaus bis J4 zu steigern, um in den
Bereich der grössten Leistung J2. A R zu gelangen. Dies wird besonders dann zweckmässig sein, wenn kleine Kräfte zu messen sind und demgemäss der Querschnitt des Messkörpers und sein Rauminhalt verhältnismässig klein gewählt werden muss, da in diesem Falle auch die zur Verfügung stehende Leistung klein ist.

Einen weiteren wichtigen Vorteil bietet die Erhöhung der Magnetisierung insofern, als man bei geeigneter Wahl der Erregerstromstärke bis zu einem gewissen Grade Schwankungen der Erregerspannung ausgleichen kann. Zu diesem Zwecke ist es vorteilhaft, eine Stromstärke in der Nähe von J3 zu benutzen, da hier die Kurve der Messspannung J. Il Reinen Grösstwert aufweist und Änderungen der Stromstärke infolge von Spannungssehwankungen daher den geringsten Einfluss auf die Höhe der der zu messenden Kraft entsprechenden Spannung J. A. B ausüben.

Zur Messung der magnetischen Durchlässigkeit des Messkörpers benutzt man, wie erwähnt, vorzugsweise eine Kompensationsschaltung, z. B. mit einer Wheatstone-Brücke. Dabei wird der Betrag des Scheinwiderstandes der Erregerwicklung des Messkörpers (Messwicklung) mit dem Betrage eines bekannten Widerstandes verglichen. Besonders vorteilhaft ist die Benutzung einer Wheatstone-Brüeke, die im unbelasteten Zustande des Messkörpers so abgeglichen wird, dass der Strom in dem im Diagonalzweig liegenden Messgerät verschwindet. so dass der Ausschlag des Messgerätes bei Belastung des Messkörpers durch die zu messenden Kräfte oder Momente ein Mass für diese bildet.

Fig. 4 zeigt schematisch die Gleichstromkompensationsschaltung. Die Wechselstromquelle 15 ist über einen Vorwiderstand 16 an die Verzweigungspunkte der Brücke angeschlossen, in deren einen Zweig zwei Gleichrichter 17 und 18 und in deren andern Zweig die Messwicklung 2 des Messkörpers 1 und ein zweckmässig regelbarer Vergleichswiderstand 19 eingeschaltet sind. Der Messkörper 1 ist als zylindrischer Kern dargestellt, der von einem Eisenmantel 3 umgeben ist und mittels der Druckstücke 4 und 5 durch eine Kraft P belastet werden kann. In dem Diagonalzweig der Brücke liegt ein Gleichstrommessgerät 20. Zunächst wird der Widerstand 19 so eingestellt, dass bei unbelastetem Messkörper das Gerät 20 keinen Ausschlag zeigt.

In diesem Falle ist der Betrag des Widerstandes 19 gleich dem Betrag des Scheinwiderstandes R der Wicklung 2. Belastet man nun den Messkörper 1 durch die zu messende Kraft P, so ändert sich der Betrag des Scheinwiderstandes R der Wicklung 2 und das Gerät 20 zeigt einen dieser Änderung # R entsprechenden Ausschlag, der als Mass für die Kraft P dienen kann.

Da für die Messung die einfachen Beträge der Widerstände ohne Rücksicht auf die Phasenlage der Spannungen in Betracht kommen, kann als Vergleichswiderstand ein einfacher ohmscher Widerstand benutzt werden, und es ist nicht erforderlich, den Brüekenstrom der Phase nach abzugleichen. Allerdings wird in diesem Falle das im Diagonalzweig liegende Gerät auch noch von einer Wechselstromkomponente durchflossen. Wenn dies als störend. empfunden wird, können mit bekannten Mitteln auch die Phasen der zu vergleichenden Seheinwiderstände der Messwicklung 2 und des Widerstandes 19 gleich- gemacht werden, so dass der Gleichstrom und der Wechselstrom im Gerät 20 verschwinden.

Infolge der Widerstandsänderung A R der Wicklung 2 würde sich bei gleichbleibender Spannung der Wechselstromquelle auch die Erregerstromstärke J in der Wicklung in umgekehrtem Sinne ändern.

Dadurch würde das für die Grösse des Zeigerausschlages massgebende Produkt J. A R verkleinert werden. Um dies zu verhindern, ist es eben zweckmässig, die Brücke über einen Vorwiderstand 1G an die Wecbselstromquelle anzuschliessen und diesen so gross zu wählen, dass der veränderliche Widerstand der Wicklung 2 dagegen nahezu verschwindet und die Erregerstromstärke somit unabhängig von der Belastung des Messkörpers annähernd gleich bleibt.

Die Schaltung nach Fig. 4 weist noch den Nachteil auf. dass der den Messkörper magnetisierende Strom in den beiden Halbperioden verschieden gross ist, da ja in der Sperrichtung der Gleichrichter der
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ist der Vergleichswiderstand 19 nicht regelbar. Dafür ist in den die Gleichrichter enthaltenden Brückenzweig zwischen die Gleichrichter 17 und 18 ein Widerstand 24 eingeschaltet, der mit einer veränderbaren

Abzweigstelle zum Anschluss des Gerätes 20 versehen ist. Dadurch kann die Brücke bei der Belastung Null abgeglichen werden. Ein gleich grosser Widerstand 25 liegt in dem die Gleichrichter 21 und 22 enthaltenden Brückenzweig. Der Vorwiderstand 16 hat wieder den Zweck, die Stromstärke unabhängig von der Belastung des Messkörpers annähernd gleich zu halten.

Um auch bei kleineren Kräften einen genügend grossen Ausschlag am Messgerät zu erhalten, ist es zweckmässig, eine E. nirchtung zu verwenden, um die an den Klemmen der Messwicklung liegende Spannung zu verstärken. Eine derartige Schaltung ist beispielsweise in Fig. 6 dargestellt, die im übrigen im Aufbau grundsätzlich der Schaltung nach Fig. 4 entspricht. Parallel zur Wicklung 2 liegt die Primärwicklung eines Transformators 26, an dessen Sekundärwicklung die Glühkathode und das Gitter einer Verstärkerröhre 27 angeschlossen sind.

Der Anodenkreis der Röhre 27 ist über den Transformator 28 so an den Gleichrichter 17 und das Gleichstromgerät 20 angeschlossen, dass die Sekundärwicklung des Transformators 28 gewissermassen an Stelle der Wicklung 2 mit dem Widerstand 19 den einen und die Gleichrichter 17 und 18 den andern Brüekenzweig der Schaltung bilden, wobei das Gerät 20 im Diagonalzweig liegt. Dadurch wird die an den Klemmen der Wicklung 2 liegende Spannung verstärkt in der Gleieh- stromkompensationsschaltung zur Wirkung gebracht.

Die bauliche Ausführung von Einrichtungen zum Messen von Kräften oder Momenten nach der
Erfindung ist in einer Reihe von Beispielen in Fig. 7-22 der Zeichnung dargestellt. Fig. 7 und 8 zeigen den grundsätzlichen Aufbau von Messkapseln zum Messen von Druckkräften, Fig. 9-11 solche zum
Messen von Druckkräften oder Drehmomenten. Fig. 12-22 dienen zur Erläuterung von besonders beim
Anschluss an Wechselstrom zweckmässigen Ausführungsformen, u. zw. zeigen Fig. 12 und 13 bzw. 14 und 15
Messkapseln für Druckkräfte, Fig. 16-18 eine Einrichtung zum Messen von Zugkräften, Fig. 19 und 20 solche für Zug- und Druckkräfte und Fig. 21 und 22 eine besonders einfache Ausführung zum Messen von Druckkräften.

Die Messkapsel zur Messung von Druckkräften nach Fig. 7 besteht aus einem die Erregerwicklung 2 tragenden Kern 1', der von einem mit ihm starr verbundenen Mantel 1" allseitig oder rahmenförmig umgeben ist. Das Ganze bildet so einen nach Art eines Manteltransformators gebauten Eisenkörper, der in der durch die Pfeile gekennzeichneten Weise so belastet werden kann, dass nahezu alle Teile des geschlossenen magnetischen Kreises den zu messenden Druckkräften ausgesetzt sind.

Bei der ähnlich aufgebauten Form einer zur Messung von Druckkräften dienenden Vorrichtung nach Fig. 8 wird nur der mit der Wicklung 2 versehene, vorzugsweise aus Nickeleisen bestehende Kern 1 den zu messenden Druckkräften unterworfen, während der Mantel 3, der z. B. aus einer Wicklung aus Eisendraht oder Eisenband bestehen oder aus einzelnen Blechen aufgebaut sein kann, lediglich den magnetischen Schluss bildet und erfindungsgemäss so bemessen wird, dass sein magnetischer Leitwert im Vergleich zu dem des Messkörpers gross ist. Damit die zu messenden Druckkräfte nur den Kern belasten, steht dieser ein wenig gegenüber dem Mantel hervor.

Ist ein Bruch des Kernes unter dem Einfluss der Druckkräfte zu befürchten, so kann man den Mantel so stark ausführen, dass er nach dem Bruch des Kernes den Kräften standhält.

Auch für die Messung von Drehkräften oder Drehmomenten kann man einen Messkörper nach Art des in Fig. 7 dargestellten verwenden, der z. B. an den beiden Stirnflächen mit Kupplungsteilen zum Einschalten in den Kraftfluss einer Welle versehen ist, deren Verdrehungswiderstand gemessen werden soll. In diesem Falle müssen die Enden der Wicklung, da diese mit der Welle umläuft, an Schleifringe geführt werden, die in bekannter Weise auf der Welle isoliert befestigt sind und auf denen Stromabnehmer gleiten, die an die Messeinrichtung angeschlossen werden.

Bei der Ausführungsform einer Einrichtung zur Messung der in einer Welle auftretenden Drehungsspannungen oder Drehmomente nach Fig. 9 wird die Welle unmittelbar als ein Teil des magnetischen Kreises benutzt. Dies hat den Vorteil, dass es sich erübrigt, eine besondere Messkapsel in die Welle einzubauen. Zu beiden Seiten der Erregerwicklung 2 sind die beiden Ringscheiben. 3" fest mit der Welle 3' verbunden, und das als Messkörper dienende vorzugsweise aus Nickeleisen hergestellte zylindrische Rohr 1 ist an beiden Enden ebenfalls fest mit den Scheiben 3"verbunden. Wird die Welle Drehkräften ausgesetzt, so wird auch das Rohr 1 mit verdreht.

Bei der in Fig. 10 angedeuteten Ausführungsform wird nur die mit der Wicklung : 2 versehene Welle 1 auf Drehung beansprucht, während der lediglieh den Eisensehluss bewirkende Mantel aus zwei Teilen 3'und 3"besteht, die in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise mit geringem Spiel ineinandergreifen und an je einem Ende fest mit der Welle verbunden sind. Wird nun die Welle unter dem Einfluss der zu messenden Kräfte verdreht, so können die beiden Teile. 3' und 3"des Mantels sich entsprechend gegeneinander verschieben. Als Sicherung für den Fall eines Bruches der als Messkörper dienenden
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des äusseren Mantelteiles 3'mit geringem Spiel eingreifen.

Die in Fig. 11 sehematiseh dargestellte Anordnung ist besonders dann zweckmässig, wenn das
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Messkörper 1 in das Innere der Hohlwelle 2 eingeschoben und an den beiden Flanschen l'und J'1 mit der Hohlwelle fest verbunden, so dass er unter dem Einfluss der Drehkräfte ebenfalls verdreht wird. Man kann auch einen gemäss Fig. 7 ausgeführten Messkörper in das Innere der Hohlwelle einbauen und den Mantel J'1 z. B. durch Schrumpfen fest mit der Welle verbinden, so dass ein Teil des Drehmomentes vom
Kern l'und dem Mantel 1" Übertragen wird. Auch dann dienen Schleifringe und Stromabnehmer zur
Verbindung mit der Messschaltung.

Fig. 12 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel eine teilweise im Schnitt gezeichnete Ansicht einer Messkapsel und Fig. 13 die zugehörige Draufsicht mit abgenommenem oberem Druckstück. Der Messkörper 1 besteht aus drei dünnwandigen gleichachsigen Rohren, die z. B. durch Luft an den Umfängen voneinander isoliert sind. Eine Isolierung der Stirnflächen zur Vermeidung von Wirbelströmen ist nicht erforderlich und mit Rücksicht auf eine möglichst unmittelbare Übertragung der zu messenden Druckkräfte von dem Druckstück 30 auf die Stirnseiten der Rohre 1 auch nicht erwünscht. Zur teilweisen Entlastung kann ein Vollzylinder 29 im Inneren der Rohre 1 angeordnet werden. Zur gleichmässigen Übertragung der Druckkräfte ist es zweckmässig, die Endflächen sämtlicher Druckstücke, z.

B. durch gemeinsames Planschleifen, möglichst genau eben herzustellen. 2 ist wieder die den Messkörper umgebende Messwicklung und 3 der aus Blechen in der üblichen Weise zusammengesetzte Eisenmantel, der zwecks Herstellung eines guten magnetischen Schlusses mit einer passenden Ausbohrung zur Aufnahme des zylindrischen Messkörpers versehen ist.

Die in Fig. 14 und 15 in einer Ansicht mit im Schnitt angegebener Messwieldung und der zugehörigen Draufsicht dargestellte Messkapsel zeigt einen nach Art eines Mantelkernes aus Blechen 1 von der aus Fig. 14 erkennbaren Form zusammengesetzten Messkörper. Die Bleche werden in dem durch Druckkräfte zu belastenden Mittelteil durch Klemmbacken 31 mittels der Bolzen 32 soweit zusammengehalten, als es nötig ist, um ein Ausbiegen der Bleche zu verhindern. Zur Vervollständigung des magnetischen Flusses dienen die an den Seitenteilen zwischen die Bleche 1 eingeschachtelten Mantelblech 3, die z. B. durch Schrauben mit den Blechen 1 verbunden werden können. Vorher wird der Kern mit der Messwicklung 2 versehen. Die Bleche 1 könnten z. B. durch Anbringen von Zugösen auch für die Messung von Zugkräften geeignet gemacht werden.

Bei der in Fig. 16 und 17 in zwei Ansichten und in Fig. 18 im Schnitt nach der Linie A-A der
Fig. 16 dargestellten besonders für die Messung von Zugkräften geeigneten Messkapsel besteht der Mess- körper aus z. B. drei länglichen Blechen 1, die an den beiden Enden mit Löchern zur Aufnahme von
Mitteln zur Übertragung von Zugkräften versehen sind. Der Messkörper trägt in der Mitte eine Mess- wicklung 2. Zur Herstellung des magnetischen Schlusses nach Art eines Mantelkernes dienen die Joch- bleche 3 und die dazwischengeschachtelten Mantelbleche-3'.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 19 im Schnitt, wobei die Messwicklung und das Schluss- joch weggelassen sind. Der Messkörper besteht aus einem Hohlzylinder 1, der an einem Ende durch einen als Druckstück ausgebildeten Boden l'geschlossen ist. Dieser trägt in der Mitte einen kurzen zylin- drischen Ansatz, über den ein Rohr 10 geschoben ist. Das offene Ende des Hohlzylinders 1 ist mittels der Schrauben 7 mit einem zweiten Druckstück 8 verbunden, das eine Gewindebohrung zur Aufnahme einer Druckschraube 11 trägt. Das kolbenartige gestaltete Ende der Schraube 11 wird in dem Rohr 10 geführt, das eine Druckfeder 9 aufnimmt. Mittels der Schraube 11 kann die Spannung der Feder 9 ver- ändert und dadurch die auf den Messkörper 1 wirkende Zugvorspannung eingestellt werden.

Zweckmässig wird die Vorspannung so gewählt, dass sie ein wenig grösser ist als der Höchstwert der zu messenden
Druckkräfte. In ähnlicher Weise kann auch, z. B. mittels einer Zugfeder, eine Druckvorspannung auf den Messkörper ausgeübt werden.

In Fig. 20 ist der aus einem zylindrischen Rohr 1 bestehende Messkörper durch Schrauben 34 mit den AnsatzstÜcken 85, 36 verbunden, die derart mit Zugstangen 32 und 33 verbunden sind, dass mittels der Ösen 42 und 43 ausgeübte Zugkräfte sich als Druckkräfte auf das Rohr j ! übertragen. Durch Lösen der Befestigungsmuttern 37 und 88 sind die Zugstangen abnehmbar, so dass die Messkapsel nach Fig. 20 auch zur Messung von Druckkräften durch unmittelbare Einwirkung auf die Ansatzstücke 35 und 36 benutzt werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel, das in Fig. 21 in einer Ansicht und in Fig. 22 in der zugehörigen Draufsicht dargestellt ist, dient als Messkörper der vordere verengte Teil der Ringfläche eines ringförmig ausgeschnittenen Bleches 1, der mittels der Druckstempel 14 den zu messenden Druckkräften senkrecht zur Fläche des Bleches ausgesetzt ist. Zur Verringerung des magnetischen Widerstandes an den zum Rückschluss der Kraftlinien dienenden Teil des magnetischen Kreises kann der Querschnitt des Eisens durch Aufschichten abgestufter Bleche 3 unter Zwischenfügung von Isolationsschichten nach Bedarf vergrössert werden.

Die Messwicklung 2 ist in diesem Falle als Ringwicklung auf dem den magnetischen Rückschluss bildenden Teil des magnetischen Kreises angebracht.

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Claims

PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Einrichtung zum Messen von mechanischen Kräften oder Momenten durch Bestimmung der in einem den zu messenden Kräften oder Momenten unterworfenen Körper auftretenden Änderungen <Desc/Clms Page number 6> seiner magnetischen Durchlässigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper, dessen magnetische Durchlässigkeit gemessen wird, einen durchweg aus magnetisch gut leitendem Werkstoff bestehenden geschlossenen magnetischen Kreis bildet, wobei einzelne Teile des magnetischen Kreises den zu messenden Kräften nicht unterworfen sind und der magnetische Leitwert der den zu messenden Kräften oder Momenten nicht unterworfenen Teile des magnetischen Kreises gross ist im Vergleich zu dem magnetischen Leitwert des den Kräften oder Momenten unterworfenen Teiles.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Kreis nach Art eines Mantelkerns geschlossen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nur der mittlere Schenkel des Mantelkerns den zu messenden Kräften oder Momenten unterworfen ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein den zu messenden Kräften oder Momenten unterworfener Teil eines Bauwerkes oder einer Maschine unmittelbar einen Teil des magnetischen Kreises bildet.

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der den zu messenden Kräften oder Momenten unterworfene Körper aus einem Werkstoff besteht, bei dessen Einkristallen die Magnetostriktion in den kristallographisehen Achsen gleiches Vorzeichen besitzt und das nur kleine innere Spannungen aufweist.

6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der den zu messen- den Kräften oder Momenten unterworfene Körper aus einer Nickel-Eisen-Legierung besteht.

7. Verfahren zum Messen von Kräften oder Momenten mit einer Einrichtung nach einem der An- sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkörper durch Wechselstrom magnetisiert wird.

8. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkörper zur Vermeidung des störenden Einflusses von Wirbelströmen aus einem oder mehreren in der Richtung der Belastung durch die zu messenden Kräfte sich erstreckenden dünnwandigen Teilen besteht.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkörper aus einem oder mehreren gleiehachsigen Hohlzylindern besteht.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass gleichachsig zu den Hohlzylindern ein Vollzylinder zwecks Aufnahme eines Teiles der zu messenden Kräfte angeordnet ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkörper aus einer Anzahl von Blechen besteht, die durch eine Klemmvorrichtung so zusammengehalten werden, dass die einzelnen Bleche sich unter dem Einfluss der zu messenden Kräfte nicht ausbiegen können.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass den Blechen ein oder mehrere Vollstücke beigefügt sind, die einen Teil der zu messenden Kräfte aufnehmen.

13. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Zusammenhalten der Bleche dienenden Klemmbacken so gestaltet sind, dass sie einen Teil der zu messenden Kräfte aufnehmen.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, um auf den Messkörper dauernd eine gleichbleibende Druck-oder Zugvorspannung auszuüben.

IS. Einrichtung nach den Ansprüchen 3,9 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Vorspannung im Innern der Hohlzylinder eine. vorzugsweise einstellbare Feder angebracht ist.

16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, mit einem auf Druck bzw. Zug beanspruchten Messkörper, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Übertragung der zu messenden Kräfte auf den Mess- körper dienenden Druck-bzw. Zugkörper mit Mitteln zur Aufnahme von in entgegengesetzter Richtung wirkenden Zug- bzw. Druckkräften versehen sind.

17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Übertragung von Zug- bzw. Druckkräften lösbar angeordnet sind, so dass die Einrichtung nach Wahl für die Messung von Zug- oder Druckkräften verwendbar ist.

18. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkörper von einem Teil der Ringfläche einer oder mehrerer voneinander isolierter ringförmiger Blechscheiben gebildet wird. die senkrecht zur Fläche durch die zu messenden Kräfte belastet werden.

19. Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch die Verwendung einer die durch die Koerzitivkraft des Werkstoffes des Messkörpers gegebene Grenze übersteigenden Stromstärke in der zur Magnetisierung des Messkörpers dienenden Wicklung (Messwicklung).

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkörper so hoch magnetisiert wird, dass das Produkt aus der Erregerstromstärke und der Änderung des Scheinwiderstandes der Mess- wieklung bei der Belastung des Messkörpers gegenüber dem unbelasteten Zustande einen Grösstwert erreicht.

21. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkörper so hoch magnetisiert wird, dass das Produkt aus dem Quadrat der Erregerstromstärke und der Änderung des Scheinwider- EMI6.1 <Desc/Clms Page number 7>

22. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Gleichrichter und ein Gleichstrommessgerät zur Bestimmung der in der Messwicklung auftretenden Stromoder Spannungsänderungen gegenüber dem unbelasteten Zustande des Messkörpers.

23. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Kompensationsschaltung zum Vergleich des Betrages des Scheinwiderstandes der Messwicklung des Messkörpers mit dem Betrage des Scheinwiderstandes eines Vergleichswiderstandes.

24. Verfahren zum Messen mechanischer Kräfte oder Momente unter Benutzung einer Einrichtung nach Anspruch 23, wobei als Kompensationsschaltung eine Brüekenschaltung dient, dadurch gekennzeichnet, dass die Brückenschaltung in unbelastetem Zustande des Messkörpers so abgeglichen ist, dass der Gleichstrom in dem im Diagonalzweig liegenden Messgerät verschwindet, so dass der Ausschlag des Messgerätes bei Belastung des Messkörpers ein Mass für die zu messenden Kräfte bildet.

25. Einrichtung nach Anspruch 23 oder zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch die Einschaltung eines Widerstandes von solcher Grösse in den Stromkreis der Stromquelle, dass die Stromstärke in der Messwicklung unabhängig von der Belastung des Messkörpers annähernd gleich bleibt.

26. Einrichtung nach Anspruch 24 oder 25, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Gleichstrommessgerätes im Diagonalzweig einer Brüekensehaltung, deren einer Brückenzweig die Messwicklung und einen regelbaren Widerstand und deren anderer Brückenzweig zwei Gleichrichter enthält.

27. Einrichtung nach Anspruch 24,25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden den einen Brückenzweig bildenden Gleichrichtern ein Widerstand angeordnet ist, an dessen veränderbarer Abzweigstelle das Messgerät angeschlossen ist.

28. Einrichtung nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu dem die Messwicklung und den Vergleichswiderstand enthaltenden Brückenzweig noch ein zweiter, Gleichrichter mit entgegengesetzter Durchlassrichtung enthaltender Brückenzweig angeordnet ist.

29. Einrichtung nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Einrichtung zum Verstärken der an den Klemmen der Messwicklung liegenden Spannung.

30. Einrichtung nach Anspruch 29, gekennzeichnet durch eine Verstärkerröhre, deren Gitterkreis mit der Messwieklung gekuppelt ist, während der Anodenkreis der Verstärkerröhre mit der Primärwicklung eines Transformators verbunden ist, dessen Sekundärwicklung in Reihe mit dem Gleichstrom- messgerät und einem der beiden in dem einen Brückenzweig liegenden Gleichrichter geschaltet ist.